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1、-WORD格式-专业资料-可编辑-第5节电磁感应现象的两类情况?见学生用书P015学习目标练法指导1了解感生电场，知道感 生电动势产生的原因。会 判断感生电动势的方向， 并会计算它的大小。2了解动生电动势的产 生以及与洛伦兹力的关 系。会判断动生电动势的 方向，并会计算它的大 小。3了解电磁感应规律的 一般应用，会联系科技实 例进行分析。1通过练习深刻理解感生 电动势的产生机理，感生 电场的电场线是闭合曲 线。2. 通过练习深刻理解动 生电动势的产生机理，非 静电力与洛伦兹力有关。3. 熟悉电磁感应中的力 学问题的解题思路，常涉 及受力情况与运动情况 的动态分析问题。4熟悉电磁感应中的能 量转
2、化方向和量值关系， 在纯电阻电路和非纯电 阻电路中能量转化不同。课/前/预/习轻/松/搞/要点辨析1. 如果空间不存在闭合电路，变化的磁场周围不 会产生感生电场 （X）2. 处于变化磁场中的导体，其内部自由电荷定向移动，是由于受到感生电场的作用（V）3. 感生电场就是感生电动势（X）4. 由动生电动势的分析可知，洛伦兹力对运动电荷不做功是错误的（X）5. 导体切割磁感线运动时，克服安培力做多少功，就会有多少其他形式的能转化为电能（V）口预习自检1.侈选）下列说法正确的是（）A .感生电场由变化的磁场产生B. 恒定的磁场也能在周围空间产生感生电场C. 感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则 来判
3、定D .感生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定 是沿逆时针方向解析 变化的磁场在空间激发感生电场，恒定的 磁场不能在周围空间产生感生电场，选项 A正确，选 项B错误；感生电场的电场线是闭合曲线，感生电场 的方向可由楞次定律和安培定则判断，不一定是沿逆 时针方向，选项C正确，选项D错误。答案 AC2.（多选）关于感生电动势和动生电动势的比较， 下列说法正确的是（ ）A 感生电动势是由于变化的磁场产生了感生电 场，感生电场对导体内的自由电荷产生作用而使导体 两端出现的电动势B. 动生电动势是由于导体内的自由电荷随导体 棒一起运动而受到洛伦兹力的作用产生定向移动，使 导体棒两端出现的电动势C. 在动
4、生电动势产生的过程中，洛伦兹力对自 由电荷做功D .感生电动势和动生电动势产生的实质都是由 于磁通量的变化引起的，只是感生电动势是由于磁场 的变化产生的，而动生电动势是由于面积的变化产生 的解析 感生电动势和动生电动势的产生机理不同, 易知选项A、B正确；在动生电动势产生的过程中，某一方向上的洛伦兹力对自由电荷做正功，另一方向 上的洛伦兹力对自由电荷做负功，整体上，洛伦兹力 不做功，选项C错误；感生电动势和动生电动势实质 上都是电磁感应现象中产生的电动势，都是由于磁通 量的变化引起的，选项D正确。答案 ABD3如图所示，两个端面半径同为 R的圆柱形铁 芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁
5、芯上 绕导线并与直流电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场。 一铜质细直棒ab水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、 垂直。让铜质细直棒从静止开始自由下落，铜质细直 棒下落距离为0.2R时铜质细直棒中电动势大小为 Ei， 下落距离为0.8R时电动势大小为E2,忽略涡流损耗和 边缘效应。关于Ei、E2的大小和铜质细直棒离开磁场 前两端的极性，下列判断正确的是（）A. EiE2， a端为正B. EiE2，b端为正rm77 Pilk0aL-C. E产E2, a端为正 DE产E2, b端为正 解析 通电导线在缝隙中产生的磁场方向向左， 所以铜质细直棒下落时由右手定则可判断得 b端为正, 选项A、C错误；根据E
6、= BLv可知，下落0.8R时电 动势较大，即EiE2,选项B错误，选项D正确。答案 D4矩形导线框固定在匀强磁场中，如图甲所示， 磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正 方向为垂直纸面向里，磁感应强度 B随时间t变化的规律如图乙所示,则()/ X XXBi； b开始在磁感应强度为Bi的圆形磁场中做匀速 圆周运动，然后磁感应强度逐渐增加到B2。则a、b两粒子动能的变化情况是（）Aa不变，b增大C. a、b都增大Da、b都不变解析 a粒子在磁场中运动，受到的洛伦兹力不 做功，动能不变，选项 C错误；b粒子在变化的磁场 中运动，由于变化的磁场要产生感生电场，感生电场 会对b粒子做正功，b粒
7、子动能增大，选项 A正确， 选项B、D错误。答案 A3. 侈选)如图所示，一金属半圆环置于匀强磁场 中，磁场方向垂直于半圆面向外，下列说法正确的是 ()A .当磁场突然减弱时，电动势方向由 MHNB. 当磁场突然减弱时，电动势方向由 N-MC. 若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180。的 过程中，电动势方向由MHND. 若磁场不变，将半圆环绕MN轴旋转180。的 过程中，电动势方向由NM解析 当磁场突然减弱时，由楞次定律和右手定则知，感应电动势方向由N- M,选项A错误，选项 B正确；若磁场不变，半圆环绕 MN轴旋转180。的 过程中，由右手定则可知，半圆环中产生的感应电动 势在半圆环中由N指
8、向M，选项C错误，选项D正 确。答案 BD题组二电磁感应中的力学问题4. 如图所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其 中一部分处于方向垂直导轨所在平面并且有上下水平 边界的匀强磁场。一根金属杆 MN保持水平并沿导轨 滑下（导轨电阻不计），当金属杆MN进入磁场区后， 其运动的速度随时间变化的图线不可能的是 （）MRNXX X X X X XXXX XX X.XXX X XXX XX解析 当金属杆MN进入磁场区后，切割磁感线 产生感应电流，受到向上的安培力。金属杆MN进入磁场区时，若所受的安培力与重力相等，做匀速直线 运动，速度不变，所以A图象是可能的。金属杆 MN 进入磁场区时，若所受的安培力小于
9、重力，做加速运 动，随着速度的增大，感应电动势和感应电流增大， 金属杆所受的安培力增大，合外力减小，加速度减小， vt图象的斜率应逐渐减小，故 B图象不可能，C图 象是可能的。金属杆MN进入磁场区时，若所受的安 培力大于重力，做减速运动，随着速度的减小，金属 杆所受的安培力减小，合外力减小，加速度减小，vt图象的斜率减小，D图象是可能的。故选Bo答案 B5.如图所示，Li = 0.5 m, L2 = 0.8 m,回路总电阻 为R= 0.2 Q，重物的质圜=0.04 kg导轨光滑，开 始时磁场Bo= 1 To现使磁感应强度以 B/ t0= T/s 的变化率均匀地增大，试求：当t为多少时，重物刚
10、好离开地面？（g取10 m/s2）解析 回路中原磁场方向向下，且磁感应强度增 加，由楞次定律可以判知，感应电流的磁场方向向上， 根据安培定则可以判知，ab中的感应电流的方向是 af b，由左手定则可知，ab所受安培力的方向水平向 左，从而向上拉起重物。设ab中电流为I时重物刚好离开地面，此时有F= BILi = Mg，I = E/R，E= / ALt1l=B/ t ，B= Bo+ ( A B/ A t)t ，解得 F= 0.4 N，I = 0.4 A，B = 2 T，t = 5 s。答案5 s题组三 电磁感应中的能量问题6. (多选)把一个矩形线圈从理想边界的匀强磁场 中匀速拉出来，如图所示，
11、第一次为V1,第二次为V2， 且V2= 2V1,两种情况下拉力做的功 W1与W2之比，拉 力的功率P1与P2之比，线圈中产生的焦耳热Q1与Q2:XXXXXX,:XBxXXXX:X|XXXXX2:XXX3TX之比（）Qi 21PiW11A.W2= 2Pl 1解析 由题意知线圈被匀速拉出，所以有F= F安=BIL由法拉第电磁感应定律得丨=晋两式联立得F =B2L2vR ，B2L2v拉力做功为W= s,所以两种情况下拉力做RW1 V11的功w1与W2之比为W2=V2=2；由公式P= Fv可得，两种情况下拉力的功率P1P1 v21与p2之比为p2=v2=4；s由公式Q = Pt和t = V可得，两种情
12、况下线圈中产Qi Piti P1V21生的焦耳热Qi与Q2之比为& =臥=鬲=2答案 AD7. （多选）两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距L、底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬 挂在一个固定的轻弹簧的下端，金属棒和导轨接触良 好，导轨所在平面与磁感应强度为 B的匀强磁场垂直 如图所示，除电阻R外其余电阻不计。现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放。则（）xxXXXXXaXX XRX XXXXbXA .释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB. 金属棒向下运动时，流过电阻 R的电流方向 为a fC.金属棒的速度为V时，所受安培力F =B2L2vD 电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能 的减
13、小解析 释放瞬间金属棒的速度为零，故仅受重力， 其加速度为重力加速度，故 A选项正确；当金属棒向 下运动切割磁感线时，由右手定则，可知电流方向是 由b f a，故B选项错误；当金属棒速度为v时，感应E电动势E = BLv，感应电流1=，则安培力F= BIL =RB2L2v，故C选项正确；金属棒的重力势能减少量等于RR上产生的焦耳热和金属棒增加的动能与弹簧弹性势 能之和，故D选项错误。答案 AC8. 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所 示，抛物线的方程为y= x2,其下半部处在一个水平方 向的匀强磁场中，磁场的上边界是y= a的直线(图中的虚线所示)，一个质量为m的小金属块从抛物线y= b
14、(ba)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长， 则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是()XC. mg(b a)1mg(b a)+ 2mv解析金属块在进入磁场或离开磁场的过程中， 穿过金属块的磁通量发生变化，产生电流，进而产生 焦耳热。最后，金属块在高为a的曲面上做往复运动。1 减少的机械能为mg(b a)+mv2，由能量的转化和守 恒可知，减少的机械能全部转化成焦耳热，即选 D。答案 D 课/后/巩/固快/速/提/ 能 1. 如图所示，导体 AB在做切割磁感线运动时， 将产生一个感应电动势，因而在电路中有电流通过， 下列说法中正确的是()1 AX XXXXX XXXXVX XXX
15、XRA .因导体运动而产生的感应电动势称为动生电 动势B. 动生电动势的产生与洛伦兹力无关C. 动生电动势的产生与电场力有关D. 动生电动势和感生电动势产生的原因是一样 的解析 根据动生电动势的定义，A项正确；动生 电动势中的非静电力与洛伦兹力有关，感生电动势中 的非静电力与感生电场有关，B、C、D项错误。答案 A2. 现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加 速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加 速器主要有上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当 电磁铁绕组通以变化的电流时，产生变化的磁场，穿 过真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这 时真空盒空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡
16、旋电场作用下加速。如图所示（上图为侧视图、下图为真 空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为 R的圆周 上运动，当电磁铁绕组通有图中所示的电流时 （）真空宅了流 电电A 若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变， 当电流增大时，电子将加速B. 若电子沿顺时针运动，保持电流的方向不变， 当电流增大时，电子将加速C. 若电子沿逆时针运动，保持电流的方向不变， 当电流减小时，电子将加速D 被加速时电子做圆周运动的周期不变解析 当电磁铁绕组通有题图中所示的电流时， 由安培定则可知将产生向上的磁场，当电磁铁绕组中 电流增大时，根据楞次定律和安培定则可知，这时真 空盒空间内产生顺时针方向的感生电场，电子沿逆
17、时 针运动，电子将加速，选项A正确，选项B、C错误;由于电子被“约束”在半径为 R的圆周上运动，被加 速时电子做圆周运动的周期减小，选项 D错误。答案 A3. 如图所示，在匀强磁场中，放置两根光滑平行 导轨MN和PQ，其电阻不计，ab cd两根导体棒， 其电阻Rab F2,Ucd UabBFi= F2,Uab= UedCFi F2,Uab UedD Fi = F2,UabmgC. FmgD .无法确定解析当金属框架向左侧移动时，切割磁感线产 生感应电动势E = BLv，在上下极板间产生电势差，进E而形成向上的匀强电场 Eo= Bv。若小球带正电荷q,其电场力向上、大小为 qEo= qvB,而洛
18、伦兹力由 左手定则可判断出方向向下、大小为qvB,两者相互抵消相当于只受重力和拉力作用，所以 F= mg, A选 项正确。答案 A9.（多选）内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一 直径略小于圆环直径的带正电的小球，以速率 V。沿逆 时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向 上、磁感应强度 B随时间成正比例增加的变化磁场。设运动过程中小球带电荷量不变，那么（如图所示）（）B 1iiJ11A 小球对玻璃圆环的压力一定不断增大B. 小球所受的磁场力一定不断增大C. 小球先沿逆时针方向减速运动，之后沿顺时针方向加速运动D 磁场力对小球一直不做功解析 变化的磁场将产生感生电场，这种感生电 场由于其
19、电场线是闭合的，也称为涡旋电场，其场强 方向可借助电磁感应现象中感应电流方向的判定方法， 使用楞次定律判断。当磁场增强时，会产生顺时针方 向的涡旋电场，电场力先对小球做负功使其速度减为 零，后对小球做正功使其沿顺时针方向做加速运动， 所以C正确；磁场力始终与小球运动方向垂直，因此 始终对小球不做功，D正确；小球在水平面内沿半径 方向受两个力作用：环的压力Fn和磁场的洛伦兹力F， 这两个力的合力充当小球做圆周运动的向心力，其中F= Bqv,磁场在增强，球速先减小，后增大，所以洛v2伦兹力不一定总在增大；向心力 F向=m;，其大小随 速度先减小后增大，因此压力 Fn也不一定始终增大。 故正确答案为
20、C、D。答案 CD10如图所示，在竖直平面内有两根平行金属导轨，上端与电阻R相连，磁感应强度为B的匀强磁场 垂直导轨平面。一质量为m的金属棒以初速度vo沿导 轨竖直向上运动，上升到某一高度后又返回到原处， 整个过程金属棒与导轨接触良好，导轨与棒的电阻不 计。下列说法正确的是（）A 回到出发点的速度v大于初速度voB. 通过R的最大电流，上升过程小于下落过程C. 电阻R上产生的热量，上升过程大于下落过D 所用时间，上升过程大于下落过程解析金属棒切割磁感线运动，由右手定则和法 拉第电磁感应定律、安培力公式可知金属棒下落和上 行时的受力情况，由能量守恒定律可知，金属棒在运 动过程中，机械能不断转化为
21、热能，所以回到出发点 的速度v小于初速度Vo,选项A错误；设金属棒运动 的速度为v,长度为I,那么感应电动势E= Blv，通过E Blv一R的电流1=匚，可见，当金属棒运动速度v大时，R R通过R的电流大，因为金属棒在运动过程中，机械能 不断转化为热能，所以运动到同一高度处，上升时的 速度大于下降时的速度，所以通过 R的最大电流，上 升过程大于下落过程，选项 B错误；同一高度处金属 棒上升时受到的安培力大于下降时受到的安培力，由 于上升和下降的高度相同，所以上升过程克服安培力 所做的功大于下降过程克服安培力做的功，故电阻R上产生的热量上升过程大于下落过程，C正确；金属棒在上升过程中，受到向下的
22、重力和安培力作用，加 速度a上g，金属棒在下落过程中，受到向下的重力 和向上的安培力，力口速度a下g，显然，a上ga下， 故运动相同的距离，tiVt2,选项D错误。答案 C11 如图甲所示，平行导轨 MN、PQ水平放置， 电阻不计，两导轨间距d= 10 cm,导体棒ab cd放 在导轨上，并与导轨垂直。每根导体棒在导轨间的部 分，电阻均为R= 1.0 Q。用长为=20 cm的绝缘丝 线将两导体棒系住，整个装置处在匀强磁场中。t=0时，磁场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自 然状态。此后，磁感应强度 B随时间t的变化如图乙 所示。不计感应电流磁场的影响，整个过程丝线未被 拉断。求：(1)02
23、.0 s时间内，电路中感应电流的大小与方向;t= 1.0 s时刻丝线的拉力大小。 B解析(1)由题图乙可知气0.1 T/s， 由法拉第电磁感应定律有 ABoE=Trt S= 2x 1VE 则1 = 2R=1 x 103 A。由楞次定律和安培定则可知电流方向为acdba(2)导体棒在水平方向上受到的丝线拉力和安培力 平衡，由题图乙可知t= 1.0 s时B = 0.1 T,贝U Ft = F 安=Bid = 1 X 105 N。答案(1)1 x l0A 方向为 acdba (2)1 x 10 N12.如图所示，两平行导轨间距 L = 0.1 m,足够 长光滑的倾斜部分和粗糙的水平部分圆滑连接，倾斜
24、 部分与水平面的夹角0= 30。，方向垂直斜面向上的磁场的磁感应强度B = 0.5 T,水平部分没有磁场。金 属棒ab的质量 m= 0.005 kg 电阻r = 0.02 Q,运动中 与导轨有良好接触，并且垂直于导轨，导轨上接一定 值电阻R= 0.08Q，其余电阻不计，当金属棒ab从斜 面上离地高h= 1.0 m以上的任何地方由静止释放后， 在水平面上滑行的最大距离 x都是1.25 m。(g取10 m/s2)求：(1) 金属棒在斜面上的最大速度；(2冰平面的动摩擦因数；(3)从高度h= 1.0 m处滑下后电阻R上产生的热量。 解析(1)金属棒从离地高h= 1.0 m以上任何地方 由静止释放后，
25、在到达水平面之前已经开始做匀速运 动。设最大速度为v,则感应电动势E = BLv,感应电E流1= ，安培力F安=BIL。R+ r匀速运动时，有 mgsin 0=安，解得v= 1.0 m/s。(2) 在水平面上运动时，金属棒所受滑动摩擦力Ff=卩 mg;金属棒在摩擦力作用下做匀减速运动，有Ff= ma， v2 = 2ax?解得卩=0.04(3) 金属棒从高度h= 1.0 m处下滑的过程中，由动1 o能定理可得 mgh W安=2mv2;电路中产生的焦耳热等于安培力所做的功，有Q=W安；R电阻R上产生的热量Qr= Q,解得R+ rQr= 3.8 x 10J。答案 (1)1.0 m/s (2)0.04
26、 (3)3.8 x 1 013如图所示，质量为M的导体棒ab,垂直放在 相距为I的平行光滑金属导轨上，导轨平面与水平面 的夹角为并处于磁感应强度大小为B、方向垂直于 导轨平面向上的匀强磁场中，左侧是水平放置间距为 d的平行金属板，R和Rx分别表示定值电阻和滑动变 阻器的阻值，不计其他电阻。(1) 调节Rx = R，释放导体棒，当棒沿导轨匀速下 滑时，求通过棒的电流I及棒的速率V；(2) 改变Rx，待棒沿导轨再次匀速下滑后，将质量 为m、带电量为+ q的微粒水平射入金属板间，若它能匀速通过，求此时的Rx。解析(1)当棒沿导轨匀速下滑时，棒所受合力为 零，沿斜面方向，则有Mgsin 9 宙1,解得通过棒的电流为MgsinBl由闭合电路的欧姆定律得，棒切割磁感线产生的 电动势为Eo= I(R + Rx),而 Eo= Blv,Rx = R,解得v =2MgRsi nB2l2(2)棒再次沿导轨匀速下滑时，对棒同样有Mgsin 9=1。qUx带电微粒匀速通过平行金属板，则有= mg, 而 Ux = IRx,Ux mdBl 解得Rx=；=。I qMsin 9Mgsin 9 2MgRsin 9 mdBl 答案BlB2l2qMsin 9-WORD格式-专业资料-可编辑-